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黃俊宇
（深圳市天健涂料科技開(kāi)發(fā)公司，廣東深圳518122）

　　摘要：介紹了在銀包銅導(dǎo)電涂料配方設(shè)計(jì)時(shí)如何確定銀包銅與樹(shù)脂的比例，以使得漆膜的PVC
　　值達(dá)到理想的范圍。
　　關(guān)鍵詞：導(dǎo)電涂料；銀包銅；PVC；CPVC；達(dá)標(biāo)質(zhì)量比

　　0前言
　　近年來(lái)，音響器材、精密醫(yī)療器械、計(jì)算機(jī)、手持電話等設(shè)備的外殼大多采用輕便的塑料殼體，其易產(chǎn)生靜電和滯電現(xiàn)象，造成射電頻率干擾或電磁場(chǎng)干擾、無(wú)線電噪聲干擾，因此要求這些殼體表面導(dǎo)電或接地，針對(duì)這一問(wèn)題屏蔽用導(dǎo)電涂料的應(yīng)用逐漸廣泛起來(lái)。
　　銀包銅導(dǎo)電涂料是將具有導(dǎo)電性的微粒子(銀包銅粉末)作為導(dǎo)電填料配制而成的，具有導(dǎo)電性[1]。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合、導(dǎo)電填料的不同及導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，其種類還可以細(xì)分。不同品種的配方設(shè)計(jì)都有其特有的技巧。銀包銅導(dǎo)電涂料由丙烯酸樹(shù)脂、銀包銅導(dǎo)電粉、溶劑和助劑組成。成膜后漆膜的電阻值范圍在0.6～4Ω，主要應(yīng)用于手機(jī)、移動(dòng)硬盤等電子元件內(nèi)壁。本文主要針對(duì)銀包銅導(dǎo)電涂料配方設(shè)計(jì)與PVC之間的關(guān)系展開(kāi)討論。

　　1導(dǎo)電涂料配方設(shè)計(jì)的依據(jù)
　　導(dǎo)電涂料的導(dǎo)電性能（電阻值高低）和導(dǎo)電填料本身的電阻值有關(guān)，而導(dǎo)電填料在漆膜中的濃度也同樣重要。如何進(jìn)行導(dǎo)電涂料配方的設(shè)計(jì)使得漆膜既要有良好的導(dǎo)電性能，又有良好的物理性能，PVC的控制就成了配方設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。當(dāng)PVCCPVC，但當(dāng)PVC>CPVC(過(guò)大)時(shí)，部分銀包銅顆粒的表面裸露在外，基料樹(shù)脂不足以填滿顆粒間的空隙，造成漆膜的致密性過(guò)低（有空氣的存在）,易掉粉，表面粗糙度過(guò)大，易殘留各種污物，物理性能方面大大下降;只有當(dāng)PVC在接近CPVC的時(shí)候(PVC>CPVC），才可以體現(xiàn)良好的漆膜性能和導(dǎo)電性能?？梢?jiàn)導(dǎo)電涂料PVC的設(shè)計(jì)除了對(duì)導(dǎo)電性能有明顯的影響，外還會(huì)影響到其他的物理性能。為了更直觀地將導(dǎo)電涂料配方設(shè)計(jì)與PVC聯(lián)系起來(lái)，在此做簡(jiǎn)單的推導(dǎo)：
　　PVC=Va/(Va+Vb)
　　=（ma/ρa）/[（ma/ρa）+（mb/ρb）]
　　=ma/[ma+mb×（ρa/ρb）]
　　=1/[1+（mb/ma）×（ρa/ρb）]
　　式中，Va為配方中顏料的體積；
　　Vb為配方中基料樹(shù)脂的體積；
　　ma為配方中顏料的質(zhì)量；
　　mb為配方中基料樹(shù)脂的質(zhì)量；
　　ρa為配方中顏料的密度；
　　ρb為配方中基料樹(shù)脂的密度。
　　當(dāng)選用的樹(shù)脂和導(dǎo)電填料確定后，ρa和ρb為常數(shù)。
　　令k=ρa/ρb，x=mb/ma
　　其中，k是常數(shù)，x是變量。
　　于是PVC的表達(dá)式可簡(jiǎn)化為：
　　PVC=1/（1+kx）=(1+kx)-1
　　由指數(shù)函數(shù)的知識(shí)可知，PVC與x值在坐標(biāo)軸第一象限有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以可以用配方中的mb/ma來(lái)反映PVC的變化。
　　對(duì)于導(dǎo)電涂料，m顏即是導(dǎo)電填料的質(zhì)量。PVC對(duì)導(dǎo)電率的影響可以轉(zhuǎn)視為配方中m基/m顏對(duì)導(dǎo)電率的影響。當(dāng)樹(shù)脂基料為一種以上時(shí)，Vb、mb和ρb分別代表混合樹(shù)脂基料的體積、質(zhì)量和密度。

　　2實(shí)驗(yàn)部分
　　2.1樹(shù)脂的選擇
　　導(dǎo)電涂料的主體樹(shù)脂為熱塑性丙烯酸樹(shù)脂，它們通常還需搭配一些輔助型樹(shù)脂運(yùn)用。目前市場(chǎng)上普遍可應(yīng)用于導(dǎo)電涂料的一些丙烯酸樹(shù)脂如捷利康B725、B805，三菱2952、BR-116，羅門哈斯B66等。對(duì)一些要求以乙醇為稀釋劑的導(dǎo)電涂料則選用醇溶性熱塑性丙烯酸樹(shù)脂。為了方便配方中溶劑的調(diào)整，更多地傾向于選擇使用固體樹(shù)脂。在此選擇綜合性能較好的熱塑性丙烯酸樹(shù)脂R和起增稠作用的輔助樹(shù)脂Q搭配使用。表1是樹(shù)脂R和Q的物理參數(shù)。
　　表1實(shí)驗(yàn)樹(shù)脂的物理參數(shù)

　　表 1 實(shí)驗(yàn)樹(shù)脂的物理參數(shù)
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　　2.2導(dǎo)電填料及其他材料的選擇
　　評(píng)估導(dǎo)電涂料導(dǎo)電性的優(yōu)劣主要通過(guò)測(cè)量其電阻值的大小，電阻值大導(dǎo)電性差，電阻值小導(dǎo)電性優(yōu)。導(dǎo)電涂料電阻值的高低主要由導(dǎo)電填料來(lái)決定,這里主要討論銀包銅類型的導(dǎo)電填料。市面上的銀包銅產(chǎn)品有很多，其中金兄弟和格雷蒙的產(chǎn)品有比較優(yōu)秀的性能。實(shí)驗(yàn)分別從國(guó)內(nèi)外不同的廠家選擇4種不同的銀包銅粉，在相同的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較，對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)編號(hào)為S、A、B和C，其相關(guān)的物理性能參看表2。
　　表2實(shí)驗(yàn)用銀包銅粉的物理參數(shù)

　　表 2 實(shí)驗(yàn)用銀包銅粉的物理參數(shù)
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　　2.3.1實(shí)驗(yàn)配方
　　利用上述的推導(dǎo)PVC=1/（1+kx），進(jìn)行實(shí)驗(yàn)配方的設(shè)計(jì)。參考原有配方以及結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)確定配方如表3所示。溶劑的選擇和比例定為:異丙醇/甲苯/CAC/醋酸丁酯=4/5/5/8。
　　表3導(dǎo)電涂料實(shí)驗(yàn)配方

　　表 3 導(dǎo)電涂料實(shí)驗(yàn)配方
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　　2.3.2導(dǎo)電涂料的制備
　　(1)先將配方中的樹(shù)脂與溶劑按比例添加，并在高剪切力下分散，直到樹(shù)脂完全溶解；
　　(2)按配方的添加比例加入助劑。先添加防沉劑，高剪切力分散均勻后再添加偶聯(lián)劑；
　　(3)在低剪切力下按配方添加比例逐漸加入銀包銅粉；
　　(4)通過(guò)稱量，計(jì)算生產(chǎn)過(guò)程中損耗的溶劑量，再按配方比例，補(bǔ)入足量的混合溶劑。
　　2.3.3素材的測(cè)試
　　實(shí)驗(yàn)選用的素材是ABS平板。一般來(lái)說(shuō)，正常施工過(guò)程中，內(nèi)應(yīng)力是不可避免的。ABS平板對(duì)溶劑的適用需要通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試。確定溶劑體系對(duì)加工工件素材不會(huì)過(guò)強(qiáng)，不會(huì)在施工中出現(xiàn)龜裂變形現(xiàn)象[2]。
　　2.3.4導(dǎo)電涂料的施工(見(jiàn)表4)

　　表4導(dǎo)電涂料施工的具體操作

　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
　　3.1配方中m基/m顏范圍的確定
　　選取銀包銅S和樹(shù)脂R+Q的組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所有數(shù)據(jù)都是漆膜厚度在40～50μm時(shí)測(cè)得(見(jiàn)表5)。結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù),以配方中mR+Q/ms的變化為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)配方成膜后測(cè)量的電阻值變化為縱坐標(biāo),作得圖1。
　　表5m基/m顏與電阻值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

　　表 5 m 基 /m 顏 與電阻值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

　　圖1可間接反映當(dāng)漆膜厚度在40～50μm時(shí)實(shí)驗(yàn)選定的樹(shù)脂R+Q和銀包銅S搭配的PVC對(duì)電阻值大小的影響，并由圖中可以得到滿足導(dǎo)電涂料各方面要求的PVC對(duì)應(yīng)mR+Q/mS的范圍。
　　圖1的曲線是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)mR+Q/mS在0.4～0.66的范圍作出。當(dāng)mR+Q/mS<0.4時(shí)，基料樹(shù)脂過(guò)少，且實(shí)際實(shí)驗(yàn)中不足以潤(rùn)濕導(dǎo)電填料的表面，在0～0.4內(nèi)對(duì)曲線作線性回歸，電阻值與質(zhì)量比在圖上的反應(yīng)是一條與X軸平行的直線，它與Y軸的交點(diǎn)可以認(rèn)為是該導(dǎo)電填料本身具有的電阻值。隨著mR+Q/mS逐漸變大，PVC逐漸接近CPVC;當(dāng)mR+Q/mS>0.66時(shí)，mR+Q/mS升高，PVC明顯地小于CPVC，導(dǎo)電填料的表面大部分甚至完全被基料樹(shù)脂包裹覆蓋，顆粒之間的電接觸減少，導(dǎo)電率迅速下降，電阻逐漸增大。實(shí)驗(yàn)中測(cè)量并記錄了當(dāng)mR+Q/mS>0.66時(shí)一些漆膜電阻值，發(fā)現(xiàn)當(dāng)mR+Q/mS>0.66時(shí)漆膜電阻值的增長(zhǎng)是指數(shù)級(jí)的。
　　一些研究表明，當(dāng)PVC
　　由PVC理論[5]可知，mR+Q/mS<0.4的一端PVC>CPVC，而mR+Q/mS>0.66的一端PVCCPVC，漆膜才能體現(xiàn)導(dǎo)電性，所以mR+Q/mS的變化會(huì)在電阻值上有明顯的變化。由圖1中的曲線變化可以看出當(dāng)曲線由直線段（系列2）變成曲線段（系列1）時(shí)，漆膜的PVC由大于CPVC轉(zhuǎn)向小于CPVC。對(duì)圖1中0.4～0.66任何兩個(gè)相鄰的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的連線所在的直線的方程計(jì)算一階導(dǎo)數(shù)。可以得到mR+Q/mS在0.4～0.43時(shí)的一階導(dǎo)數(shù)為零；在0.43～0.47時(shí)一階導(dǎo)數(shù)為5；0.47～0.5時(shí)的一階導(dǎo)數(shù)為6.67。由計(jì)算得到mR+Q/mS>0.5以后實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的一階導(dǎo)數(shù)不再出現(xiàn)大小為零的值。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到，當(dāng)mR+Q/mS>0.47時(shí)的電阻值明顯上升，且增長(zhǎng)步長(zhǎng)越來(lái)越大。最小的增長(zhǎng)步長(zhǎng)出現(xiàn)在0.43～0.47和0.47～0.5兩段，步長(zhǎng)值為0.2Ω?？梢?jiàn)，在0.43～0.47，配方對(duì)應(yīng)的PVC發(fā)生了明顯的變化：由大于CPVC過(guò)渡到小于CPVC。
　　結(jié)合測(cè)量?jī)x器的精度和實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：在圖1中電阻值增長(zhǎng)步長(zhǎng)最小（本實(shí)驗(yàn)選擇0.1～0.2Ω的范圍），且對(duì)應(yīng)的一階導(dǎo)數(shù)第一個(gè)出現(xiàn)不為零的值的兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的范圍，認(rèn)為是最接近能全面體現(xiàn)漆膜性能的PVC所對(duì)應(yīng)的范圍，也就是達(dá)標(biāo)質(zhì)量比所在的范圍。通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果得到圖1所求的達(dá)標(biāo)質(zhì)量比mR+Q/mS范圍是0.43～0.47。所以對(duì)選擇的銀包銅S和樹(shù)脂R+Q來(lái)說(shuō)，將配方中的mR+Q/mS定在0.43～0.47的范圍內(nèi)，漆膜會(huì)有比較好的導(dǎo)電性能和物理性能。
　　表6m基/m顏與電阻值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

　　表 6 m 基 / m 顏 與電阻值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄

　　如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)取得越密，并且測(cè)量?jī)x器的精度越高，得到的mR+Q/mS范圍就越小，mR+Q/mS就越接近我們希望得到的達(dá)標(biāo)質(zhì)量比。3.2不同的銀包銅品種對(duì)配方設(shè)計(jì)的PVC的影響參考前面的推導(dǎo)PVC=1/（1+kx），分別選取銀包銅A、B、C和樹(shù)脂R+Q的組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。記錄一系列mR+Q/mA、mR+Q/mB、mR+Q/mC的大小和它們分別對(duì)應(yīng)的配方成膜后的漆膜電阻值的大小，所有測(cè)量數(shù)據(jù)都是漆膜厚度在40～50μm時(shí)測(cè)得（見(jiàn)表6）。結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)分別以配方中mR+Q/mA、mR+Q/mB、mR+Q/mC的變化為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)配方成膜后測(cè)量的電阻值變化為縱坐標(biāo)作得圖2、圖3、圖4。
　　由表2可知，A與B有比較接近的平均粒徑，分別對(duì)A和B的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)求導(dǎo)計(jì)算。經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算后得到A的達(dá)標(biāo)質(zhì)量比和B的達(dá)標(biāo)質(zhì)量比的范圍都在0.43～0.47。但對(duì)曲線進(jìn)行線性回歸與Y軸的交點(diǎn)值的大小有明顯的不同，A為1.8Ω，B為0.6Ω。這個(gè)點(diǎn)的值可以認(rèn)為是銀包銅A和B自身的電阻值，它的大小與銀包銅的含銀量、顆粒表面的處理效果以及生產(chǎn)工藝有很大的關(guān)系。由表2可知B的含銀量大于A，所以B的電阻值小。
　　比較B與C:C的平均粒徑明顯小于B，但它們對(duì)曲線進(jìn)行線性回歸后與Y軸的交點(diǎn)值的大小幾乎是相同的，都在0.6Ω左右，可以認(rèn)為它們的導(dǎo)電性能相接近。分別對(duì)B和C的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)求導(dǎo)計(jì)算，經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算后得到mR+Q/mB和mR+Q/mC的范圍。其中B的達(dá)標(biāo)質(zhì)量比的范圍在0.43～0.47，而C的達(dá)標(biāo)質(zhì)量比范圍在0.55～0.58，但兩者達(dá)標(biāo)質(zhì)量比對(duì)應(yīng)的PVC值C要比B小。在相同添加量的前提下，由于平均粒徑小，C的表面積要大于B，所以需要更多的樹(shù)脂基料來(lái)潤(rùn)濕包裹，才能同時(shí)滿足漆膜的導(dǎo)電性能和物理性能。反之在相同的樹(shù)脂基料添加量的情況下，C可以使用比B更少的量就可以使漆膜達(dá)到相同的電阻值。
　　比較表2的物理參數(shù)，S、A、B和C都有相接近的比重，其中S、A和B的平均粒徑也相接近，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果算出它們配方設(shè)計(jì)時(shí)所要求的達(dá)標(biāo)質(zhì)量比范圍都是0.43～0.47。C的平均粒徑明顯小于其他的品種，而達(dá)標(biāo)質(zhì)量比的范圍則是0.55～0.58。由實(shí)驗(yàn)可見(jiàn):不同的銀包銅對(duì)應(yīng)的配方設(shè)計(jì)中m基/m顏范圍不同，當(dāng)它們的比重相接近的時(shí)候，平均粒徑就是主要的影響因素。平均粒徑越大，達(dá)標(biāo)質(zhì)量比所在的范圍越低；平均粒徑越小，達(dá)標(biāo)質(zhì)量比所在的范圍越高；當(dāng)比重不同時(shí)，不同的銀包銅品種的達(dá)標(biāo)質(zhì)量比所在的范圍也各不相同，而它們相互之間沒(méi)有什么規(guī)律性。
　　銀包銅的比重對(duì)導(dǎo)電涂料的施工有很大的影響，
　　通過(guò)對(duì)施工優(yōu)劣性的影響間接影響漆膜的導(dǎo)電性能和物理性能。一般來(lái)說(shuō)，盡可能選用比重小的銀包銅產(chǎn)品會(huì)有好的施工性，施工后漆膜能比較真實(shí)地體現(xiàn)出配方的m基/m顏對(duì)應(yīng)的綜合性能。本實(shí)驗(yàn)挑選的銀包銅產(chǎn)品都屬比重比較小的品種，由表2的數(shù)據(jù)可以看到S、A、B和C的比重都是相接近的，這樣選擇提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較的準(zhǔn)確性。

　　4導(dǎo)電涂料配方實(shí)例及涂料性能
　　以下是實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的配方和其漆膜的性能，它的稀釋比是1∶0.7，可同時(shí)滿足手工噴涂和自動(dòng)噴涂的要求。
　　4.1導(dǎo)電涂料參考配方(見(jiàn)表7)

表7導(dǎo)熱涂料參考配方

　　4.2涂膜物理性能(見(jiàn)表8)
　　表8涂膜的物理性能測(cè)試結(jié)果

表8涂膜的物理性能測(cè)試結(jié)果

　　5結(jié)語(yǔ)
　　導(dǎo)電涂料性能的優(yōu)劣與其配方中的PVC有密切的聯(lián)系。進(jìn)行導(dǎo)電涂料配方的PVC設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整配方中的m基/m顏實(shí)現(xiàn)調(diào)整漆膜的PVC，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電涂料漆膜具有比較好的物理性能和導(dǎo)電性能。應(yīng)用不同的銀包銅品種進(jìn)行配方設(shè)計(jì)時(shí)，其導(dǎo)電涂料涂膜的PVC范圍是不同的。在配方設(shè)計(jì)前應(yīng)根據(jù)涂膜的電阻值要求選定性價(jià)比合理的銀包銅產(chǎn)品，再根據(jù)選用的銀包銅產(chǎn)品進(jìn)行配方的設(shè)計(jì)。